目的分析微重力環(huán)境下穿戴模擬重力服對(duì)人腰椎間盤的生物力學(xué)影響。方法基于健康成年志愿者CT影像,建立人L4～5脊柱有限元模型。在腰椎有限元模型空載荷以及加載4 h 400 N軸向載荷基礎(chǔ)上,分別模擬微重力環(huán)境下無干預(yù)和穿戴模擬重力服對(duì)腰椎間盤的生物力學(xué)影響。結(jié)果微重力環(huán)境下,人腰椎間盤中心孔壓、徑向位移和含水量隨時(shí)間推移而增大。微重力環(huán)境穿戴模擬重力服情況下,72 h后腰椎間盤中心孔壓、軸向應(yīng)力、徑向位移和含水量與無干預(yù)組相比均有減小。結(jié)論微重力環(huán)境下,穿戴模擬重力服了在一定程度上可幫助宇航員對(duì)抗微重力造成的對(duì)脊柱的不利影響。

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圖1 腰椎L4～5三維有限元模型

選擇1名37歲成年男性志愿者，身高1.75m，體質(zhì)量76kg，身體健康，無腰椎疾病或相關(guān)癥狀，無外科手術(shù)史。采用64排螺旋CT(GE公司，美國(guó))對(duì)腰椎橫斷面進(jìn)行連續(xù)掃描，獲得腰椎L4～5的CT影像資料。受試者對(duì)試驗(yàn)方案知情同意，試驗(yàn)方案經(jīng)過同濟(jì)大學(xué)生命與醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。通....

圖2 加載500 N軸向載荷和7.5 N·m前屈、后伸、側(cè)彎載荷后椎間ROM對(duì)比

對(duì)模型精度進(jìn)行驗(yàn)證。固定L5下終板，加載1kN軸向載荷6h，計(jì)算模型椎間盤高度變化，并與文獻(xiàn)[21]中的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比。另一方面，加載500N軸向載荷和7.5N·m力矩，模擬人體腰椎前屈、后伸、側(cè)彎動(dòng)作，將模型所預(yù)計(jì)的椎間活動(dòng)度(rangeofmotion,ROM....

圖3 兩種工況計(jì)算結(jié)果

椎間盤含水量是通過計(jì)算椎間盤所有單元的含水量百分比與其體積之積累加獲得。72h后，無干預(yù)組、穿戴模擬重力服組腰椎間盤含水變化量分別增加4.74%、4.50%[見圖3(d)]。3討論與結(jié)論

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